UNIVERSITÉ DE SHERBROOKE
Faculté de génie
Département de génie civil et de génie du bâtiment
Modélisation de la qualité et de son influence
sur les méthodes d’affectation dans l’ACV des
résidus de construction
Mémoire de maitrise
Spécialité : génie civil
Xavier Tanguay
Sherbrooke (Québec) Canada
MEMBRES DU JURY
Mourad Ben Amor
Directeur
William Wilson
Évaluateur
Bruno Gagnon
RÉSUMÉ
Le secteur de la construction, rénovation et démolition des bâtiments constitue un des grands consommateurs de matériaux de haute qualité, en même temps que d’être un im-portant générateur de matières résiduelles en terme de quantité. Pour ce secteur, l’idée de passer d’un mode de consommation linéaire (produire, utiliser, disposer) à un mode circulaire (produire, utiliser, récupérer) constitue une avenue intéressante en terme de réduction de ses impacts environnementaux et du gaspillage des ressources. Un outil per-formant pour quantifier les impacts environnementaux de ce secteur est l’analyse du cycle de vie. Toutefois, un enjeu demeure dans l’analyse d’un mode de consommation circulaire : la modélisation se doit de considérer la quantité de la matière récupérée, tout comme sa qualité. La récupération d’une grande quantité de matière de basse qualité, tout comme la récupération d’une grande quantité de matière de haute qualité (et leurs équivalents avec une faible quantité), doit être distinguable dans un objectif de réduction du gaspillage des ressources. La dimension de qualité dans la modélisation n’est que peu ou pas encore intégrée dans les analyses du cycle de vie. L’influence de la qualité est donc difficile à établir au niveau des impacts environnementaux du cycle de vie des matières récupérées. L’objectif principal de ce projet de recherche est donc de développer une méthodologie pour intégrer la qualité dans la modélisation en analyse du cycle de vie et déterminer son influence sur les impacts environnementaux en prenant pour étude de cas les résidus de construction en bois. Ces résidus sont modélisés sous la forme d’un système d’utilisation en cascade en cinq étapes (notamment : bois d’oeuvre, poutre de lamellés-collés, panneaux de lamelles orientées, panneaux de particules et valorisation énergétique). Dans ce projet de recherche, les résidus sont étudiés avec différentes méthodes d’affectation en fin de vie. Les méthodes sont comparées pour leur capacité à intégrer la qualité des résidus. La qualité est évaluée à travers une variation dans les propriétés techniques d’un résidu une fois récupéré. Une amélioration correspond à une situation de sur-cyclage, tandis qu’une réduction correspond à une situation de sous-cyclage.
La modélisation a été réalisée en utilisant le logiciel Brightway2, les bases de données ecoinvent v3.5 et la méthode d’évaluation des impacts du cycle de vie IMPACT2002+. En considérant une approche attributionnelle, il a été établi que la qualité pouvait influencer jusqu’à 15 % la performance environnementale associée aux émissions des produits du cas d’étude. Il s’agit d’une influence comparable au choix de la méthode d’affectation en fin de vie. En considérant une approche conséquentielle et donc les bénéfices liés à la récupération dans la cascade, l’influence de la qualité se retrouve entre 97 % et 138 % du résultat en fonction de l’indicateur de dommage. Ces résultats montrent ainsi que la modélisation de la qualité est importante, mais que son influence est d’autant plus cruciale dans une modélisation conséquentielle.
Mots-clés : Économie circulaire, utilisation en cascade, recyclage en boucle ouverte, re-cyclage en boucle fermée, affectation en fin de vie, indicateur de qualité
ABSTRACT
Attributional and consequential life cycle assessments in a circular economy with the integration of a quality indicator: A case study of cascading wood products
The growing popularity of the concepts of circular economy and resource cascade has intensified the need for consistent handling of multifunctionality-related challenges when modeling multiple cycles in life cycle assessment (LCA). In LCA, end-of-life upcycling and downcycling effects (also known as quality changes), triggered by the presence of multiple life cycles, have only recently begun to be studied from a consequential perspective, and no studies exist investigating attributional aspects. In this paper, a novel approach that considers quality in attributional LCA is proposed. The attributional, cut-off, open loop, and proposed approaches are compared in the form of a cascading case study. The implica-tions of integrating quality in both perspectives are contrasted by modeling the same case study under a consequential perspective. By performing sensitivity analysis on the quality parameters in attributional LCA, we found that the integration of quality influences the results of the proposed approach by up to 15 %. In the case of consequential LCA, the im-plementation of quality yields an influence between 97 % and 138 % of the results for each unit variation of quality. Comparison between the two perspectives of quality shows the same trend of supporting high-quality cascades. However, the attributional perspective of quality accomplishes this by redistributing impacts, while the consequential perspective affects the external benefits generated by the cascade. Considering the influence of quality on the results of both perspectives, future work should focus on establishing the technical or economic properties that would allow for practical use of quality in various circular economy and resource cascade applications.
Keywords: Circular economy, resource cascading, open loop recycling, closed loop recy-cling, end of life allocation, quality indicator
- Sapere aude!
REMERCIEMENTS
J’aimerais attribuer mon premier remerciement au professeur Ben Amor, pour m’avoir confié ce projet et avoir su me guider dans mes apprentissages au Laboratoire Interdisci-plinaire de Recherche en Ingénierie Durable et Écoconception (LIRIDE). Son intérêt pour une recherche de qualité, dans un groupe de recherche cohésif, a fait toute une différence dans cette première expérience de recherche.
Un merci spécial à la Chaire Industrielle de Recherche en Construction ÉcoResponsable en Bois (CIRCERB) pour son appui financier et toutes les opportunités qu’elle m’a offertes de me pratiquer à vulgariser ce sujet qui est un peu obscur en surface, mais si important à comprendre en pratique. J’aimerais, par le fait même, remercier mon partenaire industriel de la Chaire, l’entreprise FPInnovations. Sa contribution, particulièrement celle de M. Essoua, a été une aide inespérée pour concrétiser le potentiel de ce projet.
J’aimerais remercier ensuite mes nombreux collègues du LIRIDE, avec lesquels j’ai eu des discussions intéressantes. Vous citer tous pour ces dîners, activités externes au laboratoire (aller, c’était seulement une petite randonnée de niveau familial !) et le défunt Cake day (maudite soit la COVID) forme un défi de synthèse que je ne saurais résoudre.
J’aimerais aussi remercier ma famille, qui m’a supporté dans cette démarche. Vos mots d’encouragement ont toujours été un moteur pour continuer à me dépasser.
Finalement, j’aimerais remercier ma compagne de vie, Claudine, pour son écoute, sa pa-tience et tous ces beaux moments partagés qui ont fait toute la différence dans ma maîtrise.
TABLE DES MATIÈRES
1 Introduction 1
2 État de l’art 3
2.1 L’économie circulaire et l’utilisation en cascade . . . 3
2.2 L’ACV selon les normes ISO 14040 et 14044 . . . 6
2.2.1 Systèmes de recyclage selon la norme ISO 14044 . . . 7
2.2.2 Critiques associées à la norme ISO 14044 . . . 11
2.3 Modélisation des systèmes de recyclage selon la littérature . . . 12
2.3.1 Les principales catégories de méthodes . . . 12
2.3.2 Liaison de la perspective de l’étude aux catégories de méthodes . . 18
2.3.3 Intégration de la qualité . . . 20
2.4 Résumé des enjeux du projet de recherche . . . 23
3 Problématique et objectifs de recherche 25 3.1 Problématique du projet de recherche . . . 25
3.2 Objectifs de recherche . . . 25
3.2.1 Objectif principal . . . 25
3.2.2 Objectifs spécifiques . . . 25
4 Sommaire de la méthodologie 27 5 Attributional and consequential life cycle assessments in a circular eco-nomy with the integration of a quality indicator : A case study of cas-cading wood products 29 5.1 Avant-propos . . . 29
5.2 Abstract . . . 30
5.3 Introduction . . . 31
5.4 Method . . . 33
5.4.2 Attributional perspective with no integration of quality . . . 34
5.4.2.1 Cut-off approach . . . 35
5.4.2.2 Open loop approach . . . 36
5.4.3 Attributional perspective integrating quality . . . 36
5.4.4 Consequential perspective with no integration of quality . . . 37
5.4.5 Consequential perspective integrating quality . . . 38
5.5 Results and discussion . . . 39
5.5.1 Attributional perspective with no integration of quality . . . 39
5.5.2 Attributional perspective integrating quality: effect of upcycling and downcycling . . . 41
5.5.3 Consequential perspective with no integration of quality . . . 42
5.5.4 Consequential perspective integrating quality: effect of upcycling and downcycling . . . 44 5.6 Conclusions . . . 45 5.7 Acknowledgements . . . 46 6 Éléments complémentaires 47 7 Conclusion 52 7.1 Sommaire . . . 52
7.2 Limites et travaux futurs . . . 53
7.3 Contributions . . . 54
ANNEXE A Évaluation de la cohérence des méthodes attributionnelles 55 ANNEXE B Attributional and consequential life cycle assessments in a circular economy with the integration of a quality indicator : A case study of cascading wood products (Supplementary information) 60 B.1 Data collection and modeling . . . 60
B.1.1 Attributional modeling . . . 60
B.1.2 Consequential modeling . . . 63
B.2 Obtaining CR/CRRE . . . 63
ANNEXE C Développement de script pour l’analyse des méthodes avec le
logiciel Brightway2 67
C.1 Choix du logiciel . . . 67 C.2 Programme développé . . . 67 ANNEXE D Analyses de sensibilité complémentaires 70 D.1 Influence des paramètres RC et RRE en ACV attributionnelle . . . . 70 D.2 Influence des bases de données en arrière plan . . . 72
LISTE DES FIGURES
2.1 Schéma simplifié de l’économie circulaire ( cLIRIDE) . . . . 4
2.2 Principes de l’utilisation en cascade (inspiré de [7]) . . . 5
2.3 Principales phases de l’ACV (inspiré d’ISO 14040) . . . 6
2.4 Méthodes d’affectations selon ISO 14044 (inspiré de [29]) . . . 9
2.5 Illustration des concepts de circuits fermés et ouverts (inspiré d’ISO 14044) 10 2.6 Fonctionnement général d’une affectation par établissement de frontières (inspiré de [10]) . . . 13
2.7 Fonctionnement général d’une affectation par redistribution de l’inventaire (inspiré de [10]) . . . 14
2.8 Fonctionnement général d’une affectation par extension de frontières et sub-stitution . . . 14
2.9 Différence entre l’ACV attributionnelle (gauche) et l’ACV conséquentielle (droite) (tiré de [55]) . . . 19
2.10 Cadre méthodologique liant les objectifs aux catégories de méthodes d’af-fectation (adapté de [58]) . . . 20
5.1 Breakdown of the five step recycling loops (EV : Virgin production, A : Assembly activities, ERC : Production from recycled content, U: Use phase, Ed : Landfill activities, D : Disassembly activities, ERRE : EoL recycling activities) . . . 34
5.2 Extended boundaries of the consequential system (V : Virgin, SW : Soft-wood, GL : Glued-laminated, OSB : Oriented strand board, PB : Particle board, EVal : Energy valorization, R : Recycled, Eprim : Primary produc-tion, Eprim : Displaced primary production, Edisp : Displaced production, Ealt : Alternative production) . . . 38
5.3 Attributional modeling results for cascade recycling and their equivalents when using virgin materials (A : Cut-off ; A’ : Cut-off with virgin materials ; B : Open loop ; B’ : Open loop with virgin materials ; C : Proposed approach ; C’ : Proposed approach with virgin materials, 100 % refers to the most polluting case) . . . 39
5.5 Comparison of attributional (A : Cut-off ; B : Proposed approach) and consequential results (C) of the cascade (consequential results considers a substitution value of 1; i.e. no quality effects are considered) . . . 43 5.6 Influence of modeling quality as a substitution parameter (each result
indi-cates the total between avoided and emitted emissions per simulation) . . . 44 6.1 Différence de couverture des méthodes . . . 48 6.2 Scénario d’enchevêtrement de boucles ouvertes et une boucle fermée . . . . 49 B.1 Allocation principle of an approach based on system boundaries (i.e., cut-off
approach) . . . 62 B.2 Allocation principle for relay race approaches (i.e., open loop and proposed
approaches) . . . 62 B.3 Schematic overview of quantities for the consequential model (d = 1) . . . 64 B.4 Changing the cascade FUs to meet cascading of 1 cubic meter of softwood
lumber (A = Cut off approach ; B = Proposed approach ; C = Open loop approach, unmodified ; D = Open loop approach, corrected for functional unit consistency) . . . 65 B.5 Fixing the FU quantities, but not the allocation factor onEtot(n−1) (A = Cut
off approach ; B = Proposed approach ; C = Open loop approach, modified for functional unit consistency) . . . 66 C.1 Contribution des fichiers dans Brightway2 . . . 69 D.1 Influence du paramètre RC [() = 0 ; (’) = 0,5 ; (”) = 1,0] pour la méthode
100 : 0 (A) et la méthode proposée (B) . . . 70 D.2 Influence du paramètreRRE [() = 0 ; (’) = 0,5 ; (”) = 1,0] pour la méthode
100 : 0 (A) et la méthode proposée (B) . . . 71 D.3 Comparaison de l’influence des arrières-plans attributionnels, A = Méthode
100 : 0 ; B = Méthode de boucle ouverte ; C = Méthode proposée, les résultats marqués (’) indiquent la base APOS . . . 72 D.4 Comparaison de l’influence de l’arrière-plan conséquentiel face à attributionnel 73
LISTE DES TABLEAUX
2.1 Catégorisation des méthodes de la littérature . . . 15 5.1 Terminology used in forumlas . . . 35 6.1 Analyse des flux d’un système enchevêtré de boucles ouvertes et fermée . . 50 A.1 Critères pour une méthode attributionnelle d’affectation cohérente en fin
de vie . . . 55 A.2 Performance des méthodes face aux critères pour une affectation
attribu-tionnelle cohérente . . . 59 B.1 Example of an inventory, virgin sourced under the cut-off approach . . . . 61 B.2 Determination of consequential quantities . . . 63 B.3 CR/CRRE . . . 64
LISTE DES SYMBOLES
Le tableau ci-dessous présente les symboles retenus lors de la rédaction du mémoire. Symbole Description
A Inventaire de cycle de vie associé aux activités d’assemblage (in-cluant les transports)
c Rapport d’efficacité de conversion de la matière résiduelle en pers-pective conséquentielle
C Rapport d’efficacité de la conversion de la matière résiduelle en matière récupérée en perspective attributionnelle
d Rapport de déplacement en perspective conséquentielle
D Inventaire de cycle de vie associé aux activités de déconstruction ou démolition
Ealt Inventaire du cycle de vie associé aux produits alternatifs requis
pour remplir la demande dans les systèmes affectés par la matière déplacée
Ed Inventaire de cycle de vie associé à l’enfouissement (incluant les
transports)
Edisp Inventaire du cycle de vie associé à la matière déplacée
Eprim Inventaire de cycle de vie associé à la production vierge, l’usage et
le traitement en fin de vie de cette matière
Erec Inventaire de cycle de vie associé à la matière recyclée, du point
de substitution à la fin de vie
ERC Inventaire de cycle de vie associé à la production de la matière
recyclée
ERRE Inventaire de cycle de vie associé au recyclage en fin de vie
(in-cluant les transports)
(ERRE+ERC)RRE Inventaire du cycle de vie associé au recyclage en fin de vie, en
plus des procédés réalisant le recyclage des matières résiduelles (accordé au même cycle de vie)
Etot Inventaire de cycle de vie total associé au modèle conséquentiel
Etot(n) Inventaire de cycle de vie total associé au nième cycle de vie
Etot(n−1) Inventaire de cycle de vie total associé au nième-1 cycle de vie
Ev Inventaire de cycle de vie associé à la production de la matière
vierge
F Rapport de la valeur économique entre la matière vierge et la ma-tière récupérée. Si aucun rapport n’est utilisé, F = 1
F(n−1) Rapport de la valeur économique entre la matière vierge et la
matière récupérée au cycle précédent. Si aucun rapport n’est utilisé,F(n−1)=1
F Ui Quantité associée à l’unité fonctionnelle du cycle actuel
F U(i−1) Quantité associée à l’unité fonctionnelle du cycle précédent
i Itérateur
Liste des symboles (suite) Symbole Description
MQLC Quantité totale de matière requise pour le nombre de cycles de vie
considérés
MQ(LC_F U) Quantité de matière utilisée par le flux de référence du cycle
considéré
n Valeur de l’itérateur au cycle étudié
Q Facteur de qualité
Qi Qualité initiale d’un produit
Qf Qualité finale d’un produit (après traitement des résidus)
r Rapport de récupération de la matière en perspective conséquen-tielle
Rate Rapport d’efficacité de transformation à la quantité requise pour remplir l’unité fonctionnelle (F ui)
RC Rapport de contenu recyclé dans le produit
RRE Rapport de recyclage en fin de vie du produit
RREM Rapport de matières recyclées dans le marché actuel du produit
z Valeur de l’itérateur au cycle final
γi,p∗ Facteur de correction fondé sur la valeur de la matière résiduelle et de son contenu
LISTE DES ACRONYMES
Le tableau ci-dessous présente les acronymes retenus lors de la rédaction du mémoire. Acronyme Définition
3RV-E Réduire, réutiliser, recycler, valoriser et enfouir ACV Analyse du cycle de vie
ACV-A Analyse du cycle de vie attributionnelle ACV-C Analyse du cycle de vie conséquentielle CRD Construction-Rénovation-Démolition ICV Inventaire du cycle de vie
CHAPITRE 1
Introduction
Au Canada, tout comme dans plusieurs autres pays développés, le secteur du bâtiment est responsable, à lui seul, de 30 à 40 % des matières résiduelles générées sur une base annuelle [1, 2, 3]. Ces matières sont hautement hétérogènes étant donné la nature des structures et l’architecture de celles-ci [3]. Heureusement, ces matières ne sont pas toutes enfouies directement, car plus de 50 % d’entre-elles sont récupérées pour des fins de réutilisation, recyclage et valorisation [4].
En pratique, il est admis qu’une gestion saine de ces résidus passe par l’application des principes de l’«économie circulaire». L’économie circulaire étant définie comme un «sys-tème de production, d’échange et de consommation visant à optimiser l’utilisation des ressources à toutes les étapes du cycle de vie d’un bien ou d’un service, dans une logique circulaire, tout en réduisant l’empreinte environnementale et en contribuant au bien-être des individus et des collectivités»[5]. Dans l’objectif de rendre opérationnelle l’économie circulaire, la hiérarchie du 3RV-E (réduire, réutiliser, recycler, valoriser et éliminer) est mise de l’avant [6]. Ceci permet alors aux matières résiduelles de réaliser plusieurs cycles de vie.
Lorsque de multiples cycles sont réalisés dans l’objectif d’optimiser l’usage des propriétés intrinsèques d’une ressource, il est alors question d’ «utilisation en cascade»[7]. La notion d’optimisation de la cascade et de réduction de l’empreinte environnementale est habituel-lement étudiée au moyen de l’analyse du cycle de vie (ACV) [8]. Cet outil permet d’avoir une approche holistique de la situation en considérant, tel que son nom l’indique, l’en-semble du cycle de vie, soit du berceau au tombeau. Cet outil cible notamment à capter les complexités des émissions à l’environnement et de la consommation des ressources à l’aide d’indicateurs variés basés non seulement sur les émissions de gaz à effet de serre, mais aussi l’acidification, l’eutrophisation aquatique et les effets sur la santé humaine. Les indicateurs se fondent sur la consommation de ressources non renouvelables, les émissions à l’air, dans les sols et à l’eau. L’ACV s’applique autant pour la caractérisation des impacts environnementaux d’un produit qu’à l’échelle d’un bâtiment.
La considération de multiples cycles de vie impose un défi méthodologique de taille en ACV. En effet, la réutilisation, le recyclage et la valorisation induisent le problème que le
nouvel usage donné à la matière résiduelle signifie aussi l’octroi d’une fonction supplémen-taire (qui n’est pas nécessairement liée à sa fonction antérieure). En ACV, un procédé ou produit avec plus d’une fonction génère un problème de «multifonctionnalité». Essentiel-lement, un problème de multifonctionnalité consiste à avoir un système qui comble plus de fonctions que celles retenues pour conduire l’ACV. La résolution de ce problème est réalisée à l’aide de ce qu’on appelle une méthode d’affectation. Le choix de la méthode d’affectation est un enjeu important, car il existe plusieurs méthodes [9, 10] et celles-ci peuvent avoir une influence importante sur les résultats d’une étude [11].
De plus, il est reconnu que le pourquoi et le comment de la réutilisation, du recyclage et de la valorisation dépendent non seulement de la quantité de matière récupérée, mais aussi de la qualité des résidus [12, 13, 14]. La qualité de la matière pouvant être établie à partir des propriétés intrinsèques ou économiques d’un produit. Cette qualité est appelée à varier entre les différents cycles d’utilisation. Or, il s’agit d’un enjeu encore peu étudié en ACV [15]. Ceci soulève donc la question :
Quelle est l’influence d’intégrer la qualité dans la modélisation de la fin de vie des résidus de construction ?
L’objectif principal de ce projet étant de développer une méthodologie pour intégrer la qualité dans la modélisation en ACV et déterminer son influence sur les méthodes d’affec-tation en prenant comme étude de cas les résidus de construction en bois.
Ce mémoire est réalisé en sept chapitres. Le second chapitre traite de l’état de l’art relatif aux enjeux du problème de multifonctionnalité des systèmes impliquant les 3RV-E (référés sous systèmes de recyclage pour le reste de ce mémoire) et la considération de la qualité en ACV. La problématique et les objectifs du projet de recherche sont détaillés au troisième chapitre. Un survol de la méthodologie du projet de recherche est présenté au quatrième chapitre. Le cinquième est un article tiré des résultats de ce projet de recherche. Cet article permet notamment de répondre à l’objectif principal du projet de recherche. Le sixième chapitre permet de détailler et mettre en perspective quelques résultats du cas d’étude et de revenir sur certains détails méthodologiques n’étant abordés que sommairement dans l’article. La conclusion est présentée au septième et dernier chapitre.
CHAPITRE 2
État de l’art
Le problème étudié est fortement lié à la notion des cycles de vie multiples. Ainsi, deux concepts moteurs, soit l’économie circulaire et l’utilisation en cascade, sont brièvement présentés pour situer les applications possibles. Ensuite, une revue des structures des normes encadrant l’ACV avec un intérêt particulier pour le traitement des systèmes de recyclage est présentée. Par la suite, une revue critique des méthodes de résolution de la multifonctionnalité des systèmes de recyclage est réalisée. Pour terminer ce chapitre, une attention particulière est donnée à l’intégration de la notion de qualité dans l’ACV.
2.1
L’économie circulaire et l’utilisation en cascade
À travers le monde, des signes de la contribution de l’être humain à la détérioration de son environnement sont mesurés [16]. C’est pourquoi il y a actuellement des objectifs d’atté-nuation des effets des changements climatiques, de réduction des émissions, d’optimisation des ressources extraites et de transition vers des ressources renouvelables [6]. Ces cibles visent à rendre durable le développement des sociétés actuelles et futures.
L’économie circulaire et l’utilisation en cascade sont deux concepts qui gagnent actuelle-ment en popularité, autant dans la communauté scientifique que chez les praticiens et qui visent à l’atteinte d’un état de consommation plus durable pour les sociétés [6, 17, 18]. D’abord, l’économie circulaire est un concept à visées à la fois économiques, sociales et environnementales, ce qui en fait un candidat idéal dans la mise en marche du dévelop-pement durable. En se fondant sur les notions de réduction, réutilisation, recyclage et de valorisation, l’économie circulaire vise à détourner la consommation des produits du modèle linéaire. Pour ce faire, les boucles dites les plus «courtes»sont favorisées [17]. Une synthèse du concept est proposée par le Laboratoire Interdisciplinaire de Recherche en Ingénierie Durable et Écoconception (LIRIDE), laquelle est reproduite à la figure 2.1. L’aspect de boucles courtes est mis en valeur à la figure 2.1 en distinguant que les produits sont conservés le plus longtemps possible en phase de consommation (ou de redistribution) avant de les récupérer pour une nouvelle phase de production.
En bref, les stratégies d’économie circulaire visent à éviter l’élimination au maximum, soit de limiter l’état de déchet des matières qui atteignent la fin d’un cycle [17, 18].
Figure 2.1 Schéma simplifié de l’économie circulaire ( c LIRIDE)
Il a été observé que l’utilisation en cascade, laquelle est un concept d’utilisation de la ressource optimisant l’usage séquentiel de la qualité [7], est un complément idéal dans la mise en oeuvre de l’économie circulaire [6]. Dans cette perspective, l’usage des proprié-tés (techniques) d’une ressource se doit de maximiser la préservation de cette propriété (qualité de la ressource) aussi longtemps que possible (durée d’utilisation). Par exemple, des produits structuraux à base de bois devraient être utilisés pour des fins structurales jusqu’à ce que les pièces soient trop endommagées. À ce moment, il pourrait être considéré de les réduire en particules pour une application dans un équipement de bureau si aucune autre application ne peut être réalisée avec les résidus du cycle précédent.
En plus de la qualité de la ressource et la durée d’utilisation, l’utilisation en cascade fait aussi appel aux aspects de récupérabilité et de taux de consommation. La récupérabilité suggère qu’une fois la qualité épuisée dans une application, une cascade complète devrait permettre l’usage de la ressource épuisée dans une autre application (ou pour une autre propriété physique, ce qui pourrait mener à une nouvelle cascade distincte). Le taux de consommation réfère à l’optimisation du temps d’utilisation. En ce sens, une consommation à une vitesse excessive d’une cascade optimisée pour sa qualité peut, malgré tout, mener à l’épuisement de la ressource. Les fondements de l’utilisation en cascade sont synthétisés à la figure 2.2.
Figure 2.2 Principes de l’utilisation en cascade (inspiré de [7])
En pratique, les études d’utilisation en cascade sont principalement réalisées sur des pro-duits de biomasse [6]. Cela n’empêche toutefois pas que le concept d’utilisation en cascade soit applicable pour différents produits qui ne sont pas liés à la biomasse (par exemple : métaux, tissus, plastiques, etc.).
Dans le secteur des produits du bois, il existe plusieurs exemples de cascades [8, 6]. Une étude récente a d’ailleurs démontré que les bâtiments pouvaient former un gisement in-téressant pour l’utilisation en cascade, car les produits du bois y étant installés sont habituellement de haute qualité par rapport aux opportunités d’applications subséquentes des matériaux [19]. Plusieurs études de cas d’utilisation en cascade visent l’optimisation du système sur la base environnementale [20, 21, 22]. Une revue de littérature récente a identifié que l’outil favorisé pour ce type d’étude est l’ACV [8]. Toutefois, les auteurs des études révisées adoptent une variété de méthodes pour traiter de la fin de vie des produits, de même que de perspectives pour modéliser les impacts et bénéfices associés aux cascades.
2.2
L’ACV selon les normes ISO 14040 et 14044
La notion de cohérence (et donc de comparabilité) entre les études de cycle de vie environ-nemental est à l’origine du développement de la première série de normes internationales sur la conduite de l’ACV. C’est au début des années 1990 qu’est lancée la série de normes ISO 14040 à 14043 [23]. Ces normes ont offert un cadre méthodologique officiel pour la conduite de l’ACV et contribué à l’établissement d’une communauté de recherche et de pratique sur le sujet [24]. À ce jour, une synthèse des normes a été réalisée, conduisant aux plus récentes publications des normes ISO 14040 et ISO 14044 en 2006, lesquelles présentent les principes et exigences techniques respectivement [25, 26].
La norme ISO 14040 présente l’ACV dans un cadre méthodologique en quatre phases. Celles-ci sont illustrées à la figure 2.3.
Figure 2.3 Principales phases de l’ACV (inspiré d’ISO 14040)
Les quatre phases de la figure 2.3 correspondent à la définition des objectifs et du champ de l’étude, l’inventaire, l’évaluation des impacts et l’interprétation. Cette figure illustre d’ailleurs l’interaction qu’ont les différentes phases entre elles. Un cheminement itératif est associé à l’interprétation des sortants de chacune des phases. L’aspect itératif permet d’apporter les ajustements nécessaires aux différentes phases pour assurer que les résul-tats d’une ACV soient adéquats pour l’application externe envisagée (amélioration de la précision de certaines données, révision de la portée de l’étude, etc.)
La première phase permet d’énoncer les objectifs de l’étude, le ou les systèmes étudiés (au moyen d’une fonction, une unité fonctionnelle, les flux de référence et les paramètres clefs) et les frontières du système.
La seconde phase permet de générer l’inventaire du cycle de vie (ICV). Cette phase consiste au recueil des données, le calcul de l’inventaire, ainsi qu’à l’affectation des flux et émis-sions. Il est à noter que les normes ISO 14040/44 reconnaissent une différence entre les flux élémentaires (intrants et sortants à l’écosphère) et les flux technologiques (produits technologiques cheminant dans la technosphère). Les interactions à l’environnement et la consommation et transformation de produits sont donc comptabilisées en rapport à l’unité fonctionnelle et les frontières déterminées à la phase antérieure.
La troisième phase consiste en l’évaluation des impacts du cycle de vie de l’inventaire. Pour ce faire, des modèles de caractérisation tels que TRACI v2.1 [27] ou IMPACT2002+
vQ2.21 [28] sont disponibles. Cette phase permet notamment de vérifier que les résultats
sont en ligne avec les objectifs de l’étude ou si des modifications sont requises pour mieux les atteindre. Des étapes facultatives de normalisation, groupement, désagrégation et de pondération sont évaluées dans cette phase.
La quatrième et dernière phase est l’interprétation. Bien que celle-ci soit réalisée en continu dans une ACV, cette phase s’interroge sur les limitations, la pertinence et les conclusions qui peuvent être tirées. Cette phase inclut des analyses de sensibilité, les itérations des étapes antérieures ou la révision de la qualité des données utilisées.
Le sujet principal de ce mémoire réside dans le dernier volet présenté de la phase d’inven-taire, soit l’affectation. Celui-ci englobe l’ensemble des méthodes utilisables pour résoudre les cas de multifonctionnalité et est donc étudié plus en détail.
2.2.1
Systèmes de recyclage selon la norme ISO 14044
En ACV, deux concepts centraux sont la fonction et l’unité fonctionnelle. La fonction d’un système fait référence aux caractéristiques de performance exigées du produit ou service. L’unité fonctionnelle est une grandeur qui permet la quantification de la fonction. Certains produits ou services peuvent toutefois avoir plus d’une fonction, ce qui est appelé la multifonctionnalité. La norme ISO 14044 précise les exigences techniques à ce sujet. Trois étapes sont répertoriées à l’article 4.3.4 de la norme pour traiter des situations de multifonctionnalité associées aux produits multiples (ou coproduits). Le cas des affectations associées aux cycles de vie multiples (référées sous le nom simplifié de réutilisation et recyclage à l’article 4.3.4.3 de la norme) se distingue en ajoutant une étape supplémentaire.
Les affectations permettent de résoudre les situations de multifonctionnalité en imputant les flux associés aux procédés ou produits contribuant à la fonction étudiée (dans le cas de cycles de vie multiples, cela revient à imputer au cycle de vie étudié). Le principe fondamental d’une affectation est que l’inventaire avant affectation doit être égal à la somme des inventaires suite à l’affectation.
La première étape pour résoudre un problème d’affectation est d’éviter l’affectation. Deux moyens sont à disposition pour éviter cette procédure. Le premier consiste à accumuler les informations nécessaires pour subdiviser le processus en sous-processus indépendants (ce qui correspond à un raffinement des informations requises pour l’étude). Le second intervient lorsqu’il n’est plus possible d’obtenir de sous-processus. À ce moment, il peut être pertinent de considérer élargir le champ de l’étude (itérant alors la première étape de l’étude) en «étendant le système de produits pour y inclure les fonctions supplémentaires des coproduits»[26].
Un exemple d’application de cette première étape peut être trouvé dans un centre de traitement des résidus de construction-rénovation-démolition (CRD). En supposant une étude ciblant les produits en bois et que l’usine traite un amalgame de l’ensemble des résidus du secteur (exemple acier, bois, béton, gypse, etc.), une définition plus approfondie du fonctionnement de l’usine pourrait démontrer que ce n’est pas l’ensemble des processus qui sont communs, mais plutôt une fraction de ceux-ci, car les résidus sont séparés en début de traitement selon les différents matériaux. L’affectation est alors évitée sur une section importante de la chaîne de traitement. Or, il demeure l’étape de séparation qui est commune et où les différents matériaux sont encore mélangés sur les convoyeurs. Pour cette application, l’extension de frontières correspondrait à inclure dans l’étude la séparation de l’ensemble des résidus mélangés. Les objectifs et le champ de l’étude seraient alors à revoir en conséquence. Cette solution n’est toutefois pas particulièrement convenable pour les objectifs de l’étude. Ceci amène à la seconde étape de la norme.
La seconde étape considère que l’affectation est alors inévitable (par exemple l’entrée de résidus mélangés dans une étude axée sur le bois exclusivement). L’affectation prioritaire est alors une affectation fondée sur un lien de type physique. Les relations de masse, de volume, de rendement et équations stoechiométriques forment des exemples plausibles pour appliquer une affectation sur un lien physique.
La troisième étape correspond à une affectation de dernier recours, laquelle consiste à employer toute autre relation qui permet de faire un lien entre les deux procédés qui doivent être séparés. Parmi les options envisageables, la plus commune pour y satisfaire
est d’employer une affectation sur base économique. L’affectation sur base économique consiste à comparer la valeur des coproduits pour en établir un rapport face au revenu total des extrants concernés. Pour une matière recyclée, il peut être considéré son rapport économique entre les différents cycles de vie.
Une synthèse des trois étapes communes aux coproduits et à la section 4.3.4.3. de la norme est présentée à la figure 2.4.
Figure 2.4 Méthodes d’affectations selon ISO 14044 (inspiré de [29])
Les cas d’affectations associés à la réutilisation et au recyclage doivent accorder une impor-tance particulière aux flux de matériaux et à leur qualité. En ce sens, il faut tenir compte des fonctions que peuvent remplir les matériaux touchés dans leurs différents cycles de vie et leur possible dégradation.
La considération de ces paramètres implique que le nombre de vies utiles des matières re-cyclées peut jouer sur le bilan environnemental de ceux-ci et qu’une analyse du cycle de vie comportant des matières recyclées se doit d’avoir une méthode pour en faire l’affectation lorsque les autres recours sont épuisés.
Ainsi, la quatrième étape, exclusive aux systèmes de recyclage, consiste à fonder l’affecta-tion sur le nombre d’utilisal’affecta-tions subséquentes accordées à la matière. La norme ISO 14044 ne précise pas exactement comment déterminer ce nombre. Toutefois, dans un exemple de la publication technique ISO/TR 14049, ce nombre est fondé sur la quantité de matière utilisable totale dans ses multiples cycles subséquents [30].
Malgré ces quatre étapes, cela ne couvre pas toutes les dimensions du problème (notam-ment l’incorporation de la qualité), ce qui porte la norme ISO 14044 à reconnaître que plusieurs méthodes sont applicables. Elle propose toutefois de distinguer entre un système
en circuit fermé et système en circuit ouvert. Une synthèse de ces concepts y est aussi présentée, laquelle est reproduite à la figure 2.5.
Figure 2.5 Illustration des concepts de circuits fermés et ouverts (inspiré d’ISO 14044)
L’approche indiquée par l’Organisation internationale de normalisation (ISO) met en va-leur que l’ACV possède sa propre définition du recyclage. L’approche technique considère qu’une boucle est fermée s’il y a retour au point de départ et que les autres situations forment des boucles ouvertes. De son côté, l’approche prescrite pour l’ACV se fonde plu-tôt sur le changement de propriétés et d’usages pour définir que le circuit n’est plus le même.
Par exemple, une poutre en acier (profilé W), hypothétiquement recyclée en cornières, ne correspond plus à sa description technique initiale. Il s’agit alors d’un circuit ouvert dans une approche technique. Toutefois, du côté de l’ACV, le changement de forme physique entre les deux cycles de vie ne dérange point, dans la limite où ces deux produits possèdent et sont utilisés pour les mêmes propriétés par la suite. Du point de vue de l’ACV, ceci est alors un cas de boucle fermée selon la norme ISO 14044.
L’ISO présente quelques moyens de résolution des systèmes multifonctionnels au travers de ses publications techniques, telle que l’ISO/TR 14049 [30]. Celle-ci traite d’une situation de recyclage comportant une boucle ouverte où les applications subséquentes réduisent la qualité initiale du produit. Cette situation est parfois appelée «sous cyclage
»(downcy-cling), car la réduction de qualité est nuisible à une application subséquente. Le système
est modélisé par une série de MacLaurin (somme d’une série géométrique), laquelle est utilisée pour définir le facteur requis pour faire l’affectation du système. Fait intéressant à noter, le facteur d’affectation n’est basé que sur la quantité de matière utilisée dans les cycles subséquents (étape 4 de la norme). Ainsi, la dégradation de la matière et l’aspect de quantité se retrouvent amalgamés. De plus, l’ISO/TR 14049 ne mentionne que les
situa-tions de réduction de qualité. Aucune indication n’est prodiguée pour faire directement le calcul d’une situation où la qualité est améliorée («sur-cyclage»ou upcycling).
2.2.2
Critiques associées à la norme ISO 14044
La norme ISO 14044 se veut la principale référence en matière d’exigences techniques pour la conduite de l’ACV. Or, ses exigences peuvent parfois être trop pointues pour être généralisables, ou encore trop peu contraignantes. Dans le cas des systèmes de recyclage, les critiques suivantes peuvent être relevées :
1. Les options proposées dans la norme pour la résolution de la multifonctionnalité des systèmes de recyclage ne reconnaissent pas l’existence de différentes perspectives pour réaliser l’ACV [31]. En ce sens, il a été relevé qu’il existe plusieurs perspectives pour conduire une ACV, dont les deux plus communément discutées sont attribution-nelle et conséquentielle (définies plus en détails à la section 2.3.2) [32]. Par exemple, l’ACV conséquentielle repose principalement sur la substitution, ce qui n’est pas une option représentée dans la norme.
2. La hiérarchie imposée dans la résolution des systèmes de recyclage n’est pas justifiée [31]. Un exemple provient du raffinement du pétrole, où les principaux motifs de production sont économiques (option 3), mais qu’il est tout autant possible d’établir des relations physiques entre les différents produits (option 2). Un tel problème vient du fait que la solution peut être approchée avec une préférence pour les sciences naturelles (réalisme physique) ou sciences socioéconomiques (qui cible une équité) [33].
3. La hiérarchie de la norme cause le problème récurrent de devoir justifier une par-ticularité des matières résiduelles : les questions du pourquoi et du comment sont traitées les matières en fin de vie sont fortement liées à la quantité et la qualité de celles-ci [12]. En optant pour un seul paramètre (par exemple la masse), ceci rend complètement insensibles les résultats à un système de recyclage qui produit une matière de qualité médiocre. En ne retenant que la qualité, l’aspect de quantité se voit complètement ignoré.
4. Considérant la latitude offerte par la norme ISO 14044, il est postulé que certaines méthodes d’affectation sont plus appropriées en fonction du matériau ou du produit qui est étudié [34]. C’est notamment le cas des métaux [35]. Pourtant, ces méthodes ont aussi des effets sur les résultats. Effectivement, l’utilisation de différentes mé-thodes peut générer des résultats différents au niveau des systèmes étudiés [11]. Admettre que différentes méthodes sont applicables implique que la robustesse des résultats peut être discutable si aucune analyse de sensibilité n’est conduite. Or, ceci
sous-tend aussi que le choix des méthodes d’affectation retenues se fonde sur la force de la rhétorique appliquée [36].
5. La distinction entre les notions de boucles ouvertes et fermées n’est pas utile dans la résolution du problème d’affectation de cycles de vie multiples [37]. En ce sens, le recyclage en boucle fermée est, du moins implicitement, supposé supérieur à la boucle ouverte. Ce qui a été réfuté, car les procédés de recyclage associés au recyclage en boucle fermée ne génèrent pas nécessairement moins d’émissions que les procédés pour le recyclage en boucle ouverte. De plus, il n’existe pas de garantie pour que la quantité de matière récupérée de façon efficace par le système en boucle fermée soit supérieure à celle du système en boucle ouverte (argument de quantité) [37].
Finalement, en considérant que la distinction entre boucle fermée et boucle ouverte des vues de l’ACV repose sur le maintien ou le changement dans les propriétés inhérentes, il est clair que la notion de boucle ouverte ou boucle fermée n’est en rien comparable avec l’approche technique illustrée à la figure 2.5. Effectivement, le recyclage (incluant les boucles fermées techniques) génère presque systématiquement une dégradation des propriétés inhérentes [37, 38, 39]. La notion de boucle ouverte ou boucle fermée, au sens de l’ACV, se résume plutôt à la question : est-ce possible de recycler à l’infini une matière pour en refaire une application similaire (la boucle fermée n’étant alors qu’un cas extrême de recyclage en boucle ouverte) [40] ?
2.3
Modélisation des systèmes de recyclage selon la
littérature
De par les critiques citées à la section précédente, il est évident que les recommandations et exigences de la norme ISO 14044 ne sont pas suffisantes pour offrir une solution unique au problème d’affectation des systèmes de recyclage. Cette section s’intéresse donc aux méthodes qui ont été développées pour la résolution de ce problème.
2.3.1
Les principales catégories de méthodes
Plusieurs méthodes ont été proposées dans la littérature et un certain nombre de projets se sont concentrés exclusivement à synthétiser cette diversité dans la littérature [41, 10, 42]. Certains projets ayant d’ailleurs eu pour objectif de comparer les méthodes (et leurs variantes) [42, 9].
La justification de l’existence de toutes ces méthodes est liée à des divergences dans les hy-pothèses et objectifs des méthodes. Une liste non exhaustive des considérations et objectifs des méthodes est présentée ici à titre d’exemple :
– Promouvoir le recyclage en fin de vie et le développement de produits recyclables ; – Promouvoir l’utilisation de produits recyclés ;
– Promouvoir les deux objectifs précédents en même temps ;
– Considérer les matières récupérées comme un déchet jusqu’à sa conversion en matière recyclée en bonne et due forme ;
– Considérer les matières récupérées comme une ressource ;
– Considérer les interactions et conséquences sur les marchés de matières vierges et récupérées [42].
Les différentes méthodes peuvent être regroupées sous trois catégories principales. Ces catégories sont la résolution (1) par l’établissement de frontières, (2) par la redistribution de l’inventaire et (3) par l’extension de frontières suivie de la substitution.
La première catégorie résout la multifonctionnalité en considérant que seule l’attribution du procédé de récupération est requise. En ce sens, ces méthodes d’affectation vont isoler les cycles entre eux, soit en incluant le procédé de récupération dans le cycle qui génère la matière résiduelle, soit en excluant le procédé ou encore une solution intermédiaire sera retenue. La synthèse de cette catégorie est présentée à la figure 2.6.
Figure 2.6 Fonctionnement général d’une affectation par établissement de fron-tières (inspiré de [10])
La seconde catégorie suppose que le cycle générant la matière résiduelle a le rôle de gestion-naire des matériaux. À l’image d’une course à relais [43], chaque cycle passe un «bâton»au suivant. Chaque cycle étant responsable de l’état du bâton de la réception au prochain relais. La matière re-circulée est alors traitée comme dans un cas d’affectation classique où un paramètre d’affectation doit être déterminé pour attribuer quelle part de l’inventaire revient au cycle générant la matière résiduelle, et quelle part revient au(x) cycle(s) en aval. Généralement, le procédé de récupération est considéré dans le cycle générant la matière résiduelle. Ceci permet de déterminer un «point de substitution», où la matière résiduelle peut de nouveau être comparée avec la matière d’origine. Cette catégorie inclut plusieurs interprétations de l’inventaire à partager (ex. : seulement l’inventaire de production vierge, l’inventaire de toutes les phases de production et d’enfouissement ou encore l’ensemble du cycle). Un exemple de la catégorie de redistribution de l’inventaire est présenté à la figure
2.7. Dans cet exemple, le troisième cycle reprend une part de l’inventaire du deuxième cycle lors de sa phase de production puisqu’il utilise des matières recyclées. La redistribu-tion touche les procédés de producredistribu-tion et de fin de vie du deuxième cycle. De plus, puisque le second cycle a fait usage de matière recyclée du premier cycle, la redistribution finale implique que le troisième cycle reprend nécessairement une fraction de l’inventaire du tout premier cycle.
Figure 2.7 Fonctionnement général d’une affectation par redistribution de l’in-ventaire (inspiré de [10])
La troisième catégorie se concentre sur les bénéfices de la récupération de la matière. Le fonctionnement général des méthodes de cette catégorie étant d’identifier des matériaux équivalents remplacés par la matière récupérée. Pour ces méthodes, l’extension de frontières permet d’éviter les enjeux d’inclusion ou d’exclusion des procédés de récupération (car ils sont nécessairement inclus). Les principaux défis consistent à établir quelle matière est évitée et quelles sont les phases du cycle de vie qui doivent être incluses à la substitution (ex : seulement la production ou jusqu’à l’enfouissement). Un exemple de cette catégorie est donné à la figure 2.8. Les éléments encadrés de rouge font référence à une combinaison possible de procédés substitués.
Figure 2.8 Fonctionnement général d’une affectation par extension de frontières et substitution
Les catégories présentées aux paragraphes précédents sont maintenant utilisées pour dis-cerner le fonctionnement de méthodes d’affectation tirées de la littérature. Le tableau
2.1 introduit ces dernières sous la forme d’équations. Les différentes nomenclatures ont été, dans la mesure du possible, harmonisées pour mettre en lumière les similitudes et différences. Il faut toutefois noter que les indices (i) et (n) ne sont ajoutés que dans les équations où l’interprétation n’est pas sans équivoque. La description des équations du tableau est présentée à la suite de celui-ci.
Tableau 2.1 Catégorisation des méthodes de la littérature Catégorie Méthode Formule
1 100 : 0 [10] Etot(n) = Ev+Ed−RC ·(Ev−ERC)−RRE ·(Ed−ERRE)
1 50 : 50 [9] Etot(n) = Ev· (1 − RC) + Ed· (1 − RRE) + RC2 · ERC+ RRE 2 · ERRE 2 Linéairement dégressive [9] Etot(n) = (1 − RC) · (2z−1z2 · Ev+ Ed z2) + (1 − RRE) · (Ez2v+ 2z−1 z2 · Ed) + RC2 · ERC+ RRE2 · ERRE 2 Boucle ouverte [10]
Etot(n) = [Ev+ Ed− RC · (Ev− Etot(n−1)· F(n−1)) − RRE ·
(Ed− (ERRE+ ERC)RRE)] · 1+RRE·C·F1
2 Qualité (1re option) [44] Etot(n) = Q(n)−Q(n+1) Q(1) · (Ev(1) + z i=1Ed(i)) + Ev(n) + ERC(n)+ ERRE(n) 2 Qualité (2e option) [44] Etot(n) = Q(n)−Q(n+1) Q(1) · [Ev(1) + z
i=1(Ed(i) + ERC(i) +
ERRE(i))] + Ev(n) 2 Qualité (3e option) [44] Etot(n) = Q(n) z i=1Q(n) · [Ev(1) + z
i=1(Ed(i) + ERC(i) +
ERRE(i))] + Ev(n) 2 Multi-recycling approach [45] Etot(n) = MQ(LC_F U) M QLC · Etot LCF U 3 End of life recycling [46]
Etot = Eprim+ Erec− 1−(1−d)·r·cd·r·c · (Eprim+ Edisp)
3 Value corrected substitution 2.0
[47]
Etot(n) = Ev· (1 − RC) + RC · ERC + Ed· (1 − RRE) +
RRE · ERRE− Ev· γi,p∗
3 Quality credit [48]
Etot(n) = Ev· (1 − RC) + RC · ERC + Ed· (1 − RRE) +
RRE · ERRE− (RREM · ERRE+ (1 − RREM) · Q · Ev)
Les méthodes présentées au tableau 2.1 ne forment pas une liste exhaustive des méthodes qui existent, mais plutôt un échantillon qui se veut représentatif de ces principales caté-gories. Un survol de ces méthodes est donc réalisé ci-dessous.
– Méthode 100 : 0
La méthode 100 : 0, aussi connue sous les noms de méthode Cut-off ou méthode
recycled content [49, 50, 9], est reconnue pour sa simplicité. C’est d’ailleurs ce qui la
rend populaire [42]. Peu d’informations sont requises sur l’origine des matières recy-clées, tout comme les informations requises en fin de vie se limitent à leur transport. Par son absence de redistribution d’inventaire, cette méthode permet l’identifica-tion aisée de procédés à hautes émissions environnementales [50]. Toutefois, cette absence de redistribution favorise la consommation de matières résiduelles dans une approche «zéro émissions». La méthode peut donc générer des cycles à de très faibles émissions, alors que les cycles en amont ou en aval deviennent hautement polluants [42]. Il existe une variante de cette méthode où les procédés de récupération sont in-tégrés dans le cycle générant les matières résiduelles (exigeant alors de connaître les procédés de traitement de la matière après son transport au point de récupération) [10].
– Méthode 50 : 50
La méthode 50 : 50 possède la particularité d’être un intermédiaire entre les deux variantes de la méthode 100 : 0. Les procédés de récupération sont alors partagés, plutôt qu’entièrement attribués à un seul cycle. Il faut toutefois noter que cette distribution à un rapport 50 : 50 demeure arbitraire.
– Linéairement dégressive
Cette méthode emploie les mêmes frontières que la méthode 50 : 50 (les procédés de récupération sont accordés dans un rapport arbitraire de 50 : 50). La principale différence provient de sa redistribution des inventaires associés au contenu en matière vierge et à l’enfouissement. Cette redistribution est fondée sur le nombre total de cycles de vie.
– Boucle ouverte
La méthode de boucle ouverte retenue emploie des frontières qui incluent le procédé de récupération dans le cycle qui génère la matière résiduelle. Une redistribution de l’inventaire se fait au moyen du paramètre Etot(n−1). Ainsi, dans cette méthode,
toutes les activités sont redistribuées. Le facteur de redistribution se fonde sur le taux de matière récupérée en fin de vie. Celui-ci est influencé par l’efficacité des procédés de récupération et considère la possibilité d’une correction de l’affectation sur une base économique (paramètre F ).
– Qualité
Au tableau 2.1, trois méthodes fondées sur la qualité sont présentées. Les deux pre-mières options redistribuent l’inventaire sur la base de la variation de la qualité entre
deux cycles en se normalisant toujours à la qualité initiale du premier produit. La principale différence étant l’inventaire redistribué. La première redistribue l’inven-taire de la production de matière vierge et l’ensemble des activités d’enfouissement. La seconde redistribue en plus les activités de récupération. La troisième redistribue le même inventaire que la seconde, mais le facteur est basé sur le poids de la qua-lité actuelle face à l’ensemble des quaqua-lités qu’aura la matière récupérée. Dans tous les cas, les frontières d’un cycle incluent le procédé de récupération de la matière résiduelle générée. Il est intéressant à noter que toutes ces méthodes requièrent de connaître l’ensemble des cycles pour que le calcul de la redistribution soit applicable. – Multi-recycling approach
Cette méthode utilise une redistribution de l’inventaire fondée sur la quantité de matière récupérée. En ce sens, cette méthode réalise la somme des inventaires des cycles de vie totaux, qu’elle redistribue sur l’usage de la quantité de matière que représente le cycle par rapport au total de matière générée dans le nombre de cycles de vies. Le tout est alors normalisé sur le nombre de cycles de vie considérés (ex. : un horizon de temps déterminé permet d’établir le nombre de cycles) [51].
– End of life recycling
La méthode End of life recycling est aussi connue sous le nom de méthode Avoided
burdens [36, 46]. Encore une fois, il existe différentes interprétations de celle-ci sur
les frontières à appliquer et sur les procédés considérés comme évités [50, 36, 39]. L’idée principale étant d’établir le bilan net entre les procédés qui ont lieu et les procédés évités. La substitution est régulée par la réaction économique du marché au moyen du paramètre d [46]. Ce paramètre est d’ailleurs reconnu pour représenter
l’incidence de la qualité des matières récupérées [36, 14, 52]. – Value corrected substitution 2.0
Cette méthode possède des objectifs similaires à la méthode End of life recycling. En ce sens, la méthode tente d’établir un bilan de la consommation nette de la matière vierge (en substituant ce qui a été évité). Toutefois, la méthode Value corrected
substitution 2.0 s’intéresse au bilan d’un seul cycle. Les frontières sont donc inclusives
du procédé de récupération pour le cycle générant la matière résiduelle. Il s’agit de la deuxième itération de la méthode, car la version 2.0 comporte le facteur γ∗i,p, lequel tente de moduler le taux de substitution en fonction de la qualité du produit. – Quality credit
Cette méthode est similaire à la méthode Value corrected substitution 2.0. Sa prin-cipale distinction relève de la définition du crédit accordé au bénéfice du recyclage. Dans cette méthode, le crédit est fondé sur les émissions évitées dans le bassin de
matières vierges et secondaires sur le marché. Une correction est accordée pour tenir compte de la qualité de la matière recyclée, laquelle pourrait ne pas déplacer autant de matière vierge étant donné une possible dégradation de la matière recyclée. Les principales distinctions retrouvées dans les trois catégories de méthodes permettent de mettre en lumière les enjeux de l’affectation dans un système de recyclage [41] :
– Le procédé de récupération est-il à inclure ou à exclure du cycle qui génère la matière résiduelle ?
– Doit-il y avoir un partage entre les cycles subséquents ? Ceci implique-t-il que le partage peut être un partage de bénéfices (crédits) ?
– Le recyclage de la matière résiduelle sur de multiples cycles est accompagné d’une possible dégradation (ou amélioration dans certains cas) de celle-ci. Comment est-il possible d’en tenir compte ?
2.3.2
Liaison de la perspective de l’étude aux catégories de
mé-thodes
Comme vu à la sous-section précédente, il existe différentes méthodes, lesquelles supportent différents objectifs. Autrement dit, différents objectifs nécessitent différentes méthodes. [53, 31, 10].
La mise en oeuvre de cette idée a permis le développement de deux perspectives. Il s’agit de l’ACV attributionnelle (ACV-A) et l’ACV conséquentielle (ACV-C) [54]. Ces deux perspectives peuvent être définies telles qu’il suit :
– ACV attributionnelle : Permet d’informer au sujet des impacts environnementaux portés par le système étudié.
– ACV conséquentielle : Permet d’informer au sujet des impacts environnementaux portés directement et indirectement par une décision (ou un changement dans la demande).
Ces définitions sont synthétisées à la figure 2.9. Dans cette représentation, la perspective attributionnelle isole un secteur d’activités pour étudier les impacts attribuables face à l’ensemble des autres secteurs. Dans la perspective conséquentielle, les impacts étudiés sont ceux liés à l’augmentation ou la diminution des activités globales suite au changement. Une extension de la définition attributionnelle peut être que l’ACV-A, si elle était appli-quée à l’ensemble des activités mondiales, donnerait pour résultat la somme des impacts mondiaux [33]. À l’opposé, l’ACV-C ne permettrait pas d’atteindre un tel résultat, car sa structure se concentre à quantifier un changement. Ceci implique que ces deux
perspec-Figure 2.9 Différence entre l’ACV attributionnelle (gauche) et l’ACV consé-quentielle (droite) (tiré de [55])
tives génèrent des résultats différents et fournissent des informations différentes (et à la fois complémentaires) lorsqu’elles sont utilisées pour un même produit ou service [56, 57]. Deux distinctions existent dans la conduite d’ACV avec ces deux perspectives. Première-ment, d’un point de vue méthodologique, l’ACV-A se distingue en faisant usage de l’affec-tation pour résoudre les problèmes de multifonctionnalité, alors que l’ACV-C fait usage de la substitution [32, 58, 56]. Deuxièmement, au niveau des données, puisque l’ACV-A vise à informer des impacts environnementaux du système étudié, les données secondaires de l’inventaire sont modélisées avec des données de technologies moyennes. Ces données moyennes sont alors représentatives de toutes les technologies disponibles sur le marché. À l’opposé, puisque l’ACV-C vise à modéliser des effets causés par un changement dans le système, des données marginales sont utilisées. Les données marginales correspondent aux technologies spécifiquement touchées par le changement [55].
Dans une ACV orientée vers un produit, cette distinction de perspectives permet d’appro-fondir la classification des catégories de méthodes. En ce sens, les catégories de méthodes par établissement de frontières et de course à relais correspondent à une perspective at-tributionnelle. La catégorie de méthodes procédant par extension de frontières puis sub-stitution correspond plutôt à la perspective conséquentielle. La figure 2.10 met en valeur ces distinctions.
La notion de perspective ne permet pas en soi de résoudre le problème d’affectation. Toutefois, elle permet une compréhension approfondie des enjeux des systèmes de recyclage identifiés à la section 2.3.1. En ce sens, la perspective attributionnelle est caractérisée par un recours à l’affectation dans l’objectif de séparer les cycles. Les trois enjeux que sont l’attribution du procédé de recyclage, le partage entre les cycles et la variation des
Figure 2.10 Cadre méthodologique liant les objectifs aux catégories de mé-thodes d’affectation (adapté de [58])
propriétés inhérentes sont donc tous applicables. Dans la perspective conséquentielle, la procédure d’affectation par substitution nécessite le recours à l’extension de frontières. Ceci revient à inclure les procédés de traitement en fin de vie, ainsi que le cycle subséquent dans l’analyse. Ainsi, les deux premiers enjeux ne se posent plus (ceci suppose que les méthodes Value corrected substitution 2.0 et Quality credit ne font qu’une application incomplète de la perspective conséquentielle). Seul le dernier enjeu de l’altération des propriétés inhérentes demeure pour la perspective conséquentielle.
2.3.3
Intégration de la qualité
La qualité des matières forme le seul enjeu commun aux deux perspectives. La considéra-tion de cet enjeu est particulièrement importante, car le «pourquoi»et le «comment»des activités de récupération de la matière dépendent non seulement de la quantité de matière récupérée, mais aussi des propriétés techniques qui sont préservées [12, 39, 59].
La variation en qualité des matières résiduelles récupérées est un phénomène qui touche une large gamme de matériaux. Par exemple, pour les produits du papier, le recyclage de celui-ci est limité entre 5 à 7 cycles étant donné le raccourcissement de la longueur des fibres. La variation de la qualité de ce type de produit peut aussi être mesurée par des
diminutions dans les propriétés mécaniques [38, 39, 48]. Par exemple, deux études, l’une se basant sur la longueur des fibres et l’autre sur la résistance en traction du papier recyclé, ont conclu que la dégradation des produits du papier pouvait se chiffrer à l’aide d’un rapport pour la qualité de 0.83 [13, 48]. Les produits métalliques (par exemple, faits d’acier ou d’aluminium) sont aussi sujets à une variation de la qualité, due à la contamination par différents alliages des métaux récupérés et l’ajout d’additifs pour assurer certaines caractéristiques définies aux produits finis [47, 39]. Étant donné la complexité d’identifier laquelle des propriétés techniques est déterminante dans la définition de la qualité des alliages, une étude a proposé de quantifier la dégradation des propriétés au moyen de la différence entre les prix moyens sur 5 ans entre les différents alliages. Pour des raisons similaires aux produits du papier et métalliques, les produits du plastique et du textile sont aussi sujets à des variations dans leurs propriétés. Par exemple, des essais en laboratoire ont montré que le polyéthylène haute densité avait la capacité de remplacer du polyéthylène haute densité vierge à un rapport de 0.75 [48]. Les produits du bois sont aussi sujets au phénomène de la variation de la qualité. Dans ce dernier cas, les altérations physiques et les traitements chimiques peuvent être à l’origine de la variation, tout comme les effets biologiques (par exemple la moisissure des produits) [38, 39, 60]. Une étude a notamment comparé le module élastique et la résistance en flexion de panneaux de particules recyclés face à des panneaux de contreplaqué pour établir un rapport de qualité de l’ordre de 0.6 [61].
Il devient donc clair que la qualité est un paramètre qui affecte une large gamme de pro-duits et qui se doit d’être représenté dans les modèles d’ACV, peu importe la perspective retenue. Or, l’intégration de la qualité reste encore à ses débuts. Dans une revue de 222 ACV traitant de la gestion en fin de vie des matières résiduelles, il a été identifié que l’extension de frontières suivie de la substitution (donc la perspective conséquentielle) est la catégorie de méthodes préférée pour résoudre le problème de multifonctionnalité [62]. Dans la majorité de ces cas, un rapport de substitution de 1 : 1 est utilisé. Or un tel rap-port suggère que la qualité est négligée, car, à l’image de ce qui a été vu précédemment, les matières résiduelles possèdent rarement les propriétés pour équivaloir à la matière vierge [13, 38, 63]. Une explication à cet usage timide de la qualité dans la perspective conséquen-tielle est la difficulté à déterminer les paramètres importants pour décrire cette variation de la qualité entre les cycles. Le choix étant réalisé entre des propriétés techniques ou des relations économiques, ces dernières ayant le rôle d’expliquer un ensemble de propriétés techniques parfois complexes à départager [15]. De plus, ce facteur de substitution n’est pas seulement influencé par la qualité, il est aussi régi par les lois du marché [10, 46], ce qui rend la définition du facteur une étape potentiellement laborieuse. Ceci est sans compter
que le problème de qualité de la matière résiduelle est souvent regardé comme un problème de matière primaire face à la matière secondaire [46]. Cette approche est réductrice, car la matière peut être récupérée dans plusieurs cycles consécutifs (par exemple, dans une cascade). Le paramètre de substitution devant alors être déterminé pour chaque étape de la cascade.
Cette idée, au meilleur des connaissances de l’auteur, n’a été relevée qu’une seule fois [52]. Dans cette étude, les effets de la qualité de résidus de bois ont été évalués pour leur potentiel d’effets sur le réchauffement climatique dans un système d’utilisation en cascade. La cascade faisant usage des différents grades de résidus (qualité des résidus une fois triés) pour établir les bénéfices potentiels (avec des taux de substitution fixes qui dépendent du grade des résidus). Les alternatives considérées pour la cascade étaient des panneaux de particules ou de la valorisation énergétique. Il a été montré que l’incidence d’une gestion des résidus du bois pour favoriser la qualité de ceux-ci pouvait générer un meilleur bénéfice qu’une gestion fondée sur la quantité seulement.
Du côté de la perspective attributionnelle, peu de méthodes emploient la qualité comme paramètre d’affectation [59]. En ce sens, les trois options d’incorporation de la qualité présentées au tableau 2.1 forment les principales méthodes qui ne s’appuient pas sur un croisement avec la substitution (contrairement, par exemple, aux méthodes Value
correc-ted substitution 2.0 et Quality credit). Or, ces trois méthodes de qualité en perspective
attributionnelle présentent deux limitations importantes :
– Il faut connaître l’ensemble des cycles de vie pour réaliser leur application ; – La qualité est le seul paramètre d’affectation.
La première limitation souligne qu’il est difficile d’appliquer ces méthodes, car l’avenir des matières résiduelles dans leurs cycles subséquents est souvent un élément incertain. En ce sens, bien que la récupération en fin de vie au premier cycle des matières soit parfois incertaine, il devient spéculatif d’incorporer au bilan des cycles de vie de produits qui ne sont parfois même pas encore imaginés [36]. Toutefois, la spéculation peut être évitée lorsque ces méthodes sont appliquées a posteriori. Toutefois, ceci n’est pas particulièrement désirable lorsque les produits possèdent de longs cycles de vie, nécessitant parfois plus de 100 ans pour atteindre la fin du dernier cycle. La seconde limitation rappelle que la qualité va de pair avec la quantité dans les procédés de récupération de la matière. Le choix entre les deux paramètres ne permet donc pas d’exprimer la complexité des systèmes de recyclage.